GUIAS  ÚNICAS DE LABORATORIO DE FÍSICA I

LEYES DE NEWTON PARA EL MOVIMIENTOSEGUNDA LEY DE NEWTON

SANTIAGO DE CALIUNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI

DEPARTAMENTO DE  LABORATORIOS

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LA SEGUNDA LEY DE NEWTON

1. Introducción

Un cuerpo se mantendrá en su estado de movimiento con velocidad constante amenos que una fuerza (entiéndase halar o empujar) se oponga a ello. Esto quieredecir  que  las  fuerzas  son  capaces  de  cambiar  el  estado  de  movimiento  de  loscuerpos y que por lo tanto deben producir: aceleración.

¿Cuál  será  la  relación  entre  la  fuerza  y  la  aceleración?  ¿Habrá  algún  otroparámetro  que  tenga  que  ver  con  la  aceleración  que  experimenta  un  cuerpocuando una fuerza actúa sobre él? En esta actividad estaremos investigando estasdos preguntas con el propósito de definir operacionalmente lo que es fuerza.

2. Objetivos

1.  Determinar  experimentalmente  cómo  cambia  la  aceleración  de  un  cuerpocuando este es halado por fuerzas de diferentes magnitudes.2.  Construir  una  gráfica  de  la  aceleración  del  objeto  en  función  de  la  fuerzaactuando en el objeto.3.  Construir  una  gráfica  de  la  aceleración  del  objeto  en  función  de la  masa  oinercia del objeto.4. Determinar experimentalmente la relación matemática entre fuerza, masa yaceleración.5. Definir operacionalmente el concepto: fuerza

3. Masa FijaLa Segunda Ley de Newton

nos dice que la fuerza neta aplicada a un objeto es directamente proporcional ala  aceleración  que  sufre  ese  objeto.  Esa  aceleración  apunta  en  la  mismadirección que apunta la fuerza neta. Además, la constante de proporción es lamasa del objeto. En esta parte exploraremos la valides de esta ultima oración.

Aceleraremos un objeto de masa M con una fuerza conocida. Esta fuerza será latensión  que  ocurre  en  un  hilo  cuando  colgamos  una  masa  m  de  uno  de  sus

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extremos (ver figura 1). Esa masa estará dada por la masa de un gancho de masas(mg) más las masas adicionales que le añadamos.

Nuestro   montaje   experimental   consta   de   dos   cuerpos   en   movimiento.   Siaplicamos la Segunda Ley a cada uno de estos, obtenemos dos ecuaciones

Podemos  solucionar  simultáneamente  estas  dos  ecuaciones  para  la  tensión,dando

Esta tensión es la fuerza que acelera el carrito.

3.1. Procedimiento3.1.1. Montaje del Equipo1. Con el programa Data Studio corriendo, conecte el sensor de movimiento alUSB Link y este a su ves a la computadora. Saldrá una ventana con una gráfica deposición en función del tiempo.2. Ponga el sensor de movimiento en uno de los extremos de la pista.3. Coloque el carrito de baja fricción en la pista y amarre un hilo a uno de susextremos.4. Mida la masa del gancho de masas (mg) y anótelo.5. Ponga una masa de 250 gramos en el carrito y mida la masa total del carrito.Anote el resultado.6. Pase el hilo por la polea que está al final de la pista y cuelgue de ese extremoel gancho de masas.

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3.1.2. Procedimiento experimental1. Detenga el carrito de baja fricción a 10 cm del sensor de movimiento.2. Para tomar data, seleccione Start en Data Studio y suelte el carrito. Deténgaloantes de que choque con la polea. Seleccione Stop para detener la toma de data.3. Seleccione la parte de la curva que corresponde al movimiento uniformementeacelerado del carrito y hágale un ajuste de curva cuadrática.4. De los parámetros obtenidos en el ajuste calcule la aceleración del carrito.5. Añada 10 gramos al gancho de masas y repita el procedimiento.6. Repita tres veces más, cada ves añadiendo 10 gramos.

3.1.3. Análisis1. Para cada iteración de la actividad, calcule la tensión en el hilo. Esta tensiónes la fuerza queacelera el carrito.2. En el menú de Data Studio titulado Experiment escoja llamar una tabla paraingresar data.3. En la columna de x ingrese los valores que obtuvo para la aceleración y en lacolumna de y los respectivos valores par la tensión.4. Grafique estos valores. ¿Qué tipo de gráfica esperaría usted?5. Encuentre la pendiente de la gráfica haciendo un ajuste de curva.6. Compare este valor con la masa total del carrito de baja fricción.

3.2. Datos y Resultados

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4. Fuerza Constante

Si en la Segunda Ley de Newton mantenemos la fuerza constante, podemos verque a mayor masa menor es la aceleración que produce la fuerza sobre el objeto.En otras palabras, mientras más masivo es un objeto más difícil es cambiar suestado  de  movimiento.  En  este  sentido  la  masa  corresponde  muy  bien  a  lapropiedad de inercia.

Si dividimos por la masa, la Segunda Ley tiene la forma

En esta parte aceleraremos el carrito de baja fricción con una fuerza constante,pero cambiaremos la masa del carrito.

4.1. Procedimiento4.1.1. Montaje del Equipo1. Coloque el motor de ventilador en el carrito de baja fricción.2. Ponga el carrito en la pista de tal forma que este se aleje de la polea cuandose prenda el motor.3. Prenda el motor y vaya colocando masas en el gancho de masas hasta que elpeso cancele la fuerza del motor. En ese momento el carro no se moverá. Utilicesujetapapeles (paper clip) como masas para obtener un valor más exacto.4.  Calcule  el  peso  y  anótelo.  Esta  es  la  fuerza  F  con  que  el  motor  empuja  alcarrito.

4.1.2. Procedimiento Experimental1. Aguante el carrito de baja fricción a 10 cm del sensor de movimiento.2. Para tomar data, encienda el motor de ventilador, seleccione Start en DataStudio  y  suelte  el  carrito.  Deténgalo  antes  de  que  choque  con  la  polea.Seleccione Stop para detener la toma de data.

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